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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 네트워크 장비에 전원을 공급하기 위한 강력한 안정화 DC 전압 변환기. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
무선 전자 및 전기 공학 백과사전 / 전압 변환기, 정류기, 인버터 제안된 장치는 현장의 220V 50Hz 네트워크에서 작동하는 장비에 전력을 공급할 뿐만 아니라 AC 네트워크의 비상 종료 중에도 작동하도록 설계되었습니다. 변환기에는 블록 설계가 있습니다. 310V의 안정화된 직류 전압 또는 220V의 유효 값을 갖는 동일한 진폭의 교류 펄스 전압을 부하에 공급합니다. LC 필터를 추가하면 정현파 형태로 220V의 교류 전압을 얻을 수 있습니다. 전기제품은 현대인의 일상생활에 널리 사용되고 있습니다. 압도적 다수의 에너지 원은 220V 전압의 교류 네트워크입니다. 동시에 우리나라 많은 지역의 전원 공급 장치는 신뢰성이 낮습니다. 네트워크에 전압이 없는 기간 동안 소비자에게 전력을 공급하는 데 적합한 DC 배터리 전압을 AC 전압으로 변환하는 방법에 대한 많은 기사가 아마추어 무선 문헌에 게재되었습니다. 이는 저주파[1-4] 또는 고주파[5, 6] 변환 원리에 따라 작동할 수 있습니다. 이러한 각 유형의 변환기에는 고유한 특성이 있습니다. 저주파는 저주파 변압기를 사용하기 때문에 질량과 크기가 큽니다. 컨버터[3]에서는 출력전압의 정류된 평균값만 안정화되지만 진폭과 실효값은 안정화되지 않아 경우에 따라 전력 부하에 손상을 줄 수 있다. 컨버터[4]는 피드백 없이 출력 전압의 단계적 조정을 사용하는데, 이는 출력 전압의 높은 안정성을 제공하지 않습니다. 초음파 주파수(수십 킬로헤르츠)에서 작동하는 변환기[5, 6]는 무게와 크기 측면에서 더 우수하지만 출력 전력은 300W를 초과하지 않습니다. 저자는 더 높은 전력 부하에 전력을 공급해야 했습니다. 저자는 제안한 장치를 개발할 때 고주파 변환의 장점을 유지하면서 출력을 1kW까지 높이려고 노력했다. 주요 기술 특성 (주위 온도 13...20 °C에서)
변환기는 고주파 발생기의 1개 블록으로 구성되며 그 회로는 그림 2에 나와 있습니다. 그림 3은 정류기 전압 배율기(그림 4), 저주파 발생기(그림 XNUMX) 및 브리지 저주파 인버터 스위치(그림 XNUMX)를 갖춘 고주파 인버터입니다.
고주파 발생기 블록(그림 1 참조)에는 트랜지스터 VT1의 입력 전압 제어 장치와 릴레이 K1, DA9 칩의 1V 내부 공급 전압 안정기, 논리 요소 DD27의 1.1kHz 주파수의 펄스 발생기가 포함되어 있습니다. .1.2 및 DD 4, 지연 장치 VD4, R2, C5 및 VD5, R3, C1.3 요소의 펄스 전면, 트랜지스터의 출력 이미터 팔로워가 있는 DD1.4, DD2.3, DD2.4, DD2 요소의 제어 펄스 셰이퍼 VT5-VT2.1, 요소 DD2.2, DDXNUMX의 출력 진폭 제어 장치 전압.
고주파 인버터 블록(그림 2 참조)에는 강력한 전계 효과 트랜지스터 VT6-VT9 및 변압기 T1의 푸시풀 캐스케이드와 다이오드 VD6-VD9 및 커패시터 C7-C10의 전압 300.310배 증가 정류기가 포함되어 있습니다. 이 장치는 5V의 일정하고 안정된 전압을 생성합니다. 교류 공급 전압이 부하에서 정류되고 평활화되는 것으로 알려진 경우 이러한 부하는 정격 전류가 5A인 퓨즈를 통해 이 장치에 연결할 수 있습니다(참조 기사 [XNUMX]에 대한 편집자 주). 이 경우 나머지 블록은 필요하지 않습니다.
저주파 발생기 블록(그림 3 참조)에는 DA9 칩의 2V 내부 공급 전압 안정기, 논리 요소 DD50 및 DD3.1의 주파수 3.2Hz 펄스 발생기, 전류 제한 저항 R18이 포함되어 있습니다. 및 R19, 요소 VD12, R20, C14 및 VD13, R21, C15의 펄스 에지 지연 장치, 트랜지스터 VT3.3의 출력 이미터 팔로워가 있는 요소 DD3.4, DD4.3, DD4.4, DD11의 제어 펄스 셰이퍼 -VT14, 트랜지스터 VT10 및 요소 DD4.1 .4.2, DDXNUMX의 부하 전류 제한기.
브리지 저주파 인버터-정류자(그림 4)에는 강력한 핵심 전계 효과 트랜지스터 VT17-VT20과 전류 센서-저항 R33에 대한 브리지가 포함되어 있습니다. 제어 펄스는 하부 트랜지스터(VT18, VT20)의 게이트에 직접 공급되고, 상부 트랜지스터(VT17, VT19)의 게이트에는 상부 인버터를 거쳐 공급된다. 하나의 인버터는 VT15,VT16, R30, R31, C16, VD14, VD15 요소에 조립되고 두 번째 인버터는 VT21, VT22, R35, R36, C17, VD16, VD17 요소에 조립됩니다. 브리지의 한쪽 대각선에는 310V의 정전압이 공급되고 퓨즈 FU1을 통해 다른 쪽 대각선에는 부하가 연결됩니다. 변환기는 다음과 같이 작동합니다. 공급 배터리의 전압이 10,5V를 초과하면 트랜지스터 VT1이 열리고 릴레이 K1이 활성화되고 접점 K1.1을 통해 공급 전압이 DA1 및 DA2 마이크로 회로의 전압 안정기에 공급됩니다. 배터리 전압이 10,5V 아래로 떨어지면 트랜지스터 VT1이 닫히고 접점 K1.1이 열리고 발전기의 전원이 꺼지며 결과적으로 모든 스위칭 트랜지스터 VT6-VT9가 닫히고 변환기가 꺼집니다. 턴온 전압은 트리밍 저항 R3에 의해 조절됩니다. 전자기 릴레이(K1)의 턴온 전압이 턴오프 전압보다 크기 때문에 트랜지스터 VT1의 노드 특성은 히스테리시스가 작아 실용상 충분하다. 요소 DD1.1 및 DD1.2의 발전기 발진 주파수는 저항 R1, R2의 저항과 커패시터 C1의 커패시턴스에 따라 달라집니다. 생성기의 역위상 출력(DD3 마이크로 회로의 핀 4 및 1)에서 펄스가 펄스 에지 지연 노드에 공급됩니다. 더욱이 그들의 쇠퇴는 거의 지체없이 전달됩니다. 펄스 에지의 지연 시간은 동일해야 하는 회로 R4C2 및 R5C3의 시상수에 의해 결정됩니다. 셰이퍼의 특성에는 히스테리시스가 있으며 그 크기는 포지티브 피드백 회로 저항기(POC) R6 및 R8, R7 및 R9의 저항 비율에 따라 달라집니다. 셰이퍼의 출력에서 트랜지스터 VT2-VT5의 이미 터 팔로워를 통한 제어 펄스가 주요 트랜지스터 VT6-VT9의 게이트에 공급됩니다. 다이오드 VD6-VD9와 커패시터 C7-C10을 사용하는 정류기는 다음과 같은 이유로 전압을 XNUMX배로 높이도록 설계되었습니다. 누설 인덕턴스를 줄이기 위해 변압기의 XNUMX차 권선과 XNUMX차 권선을 한 층에 권선하는 것이 좋습니다. 전압 증배기를 사용하면 XNUMX차 권선의 권선 수를 XNUMX배로 줄여 단일 레이어로 만들 수 있습니다. 정류기 출력의 전압은 분배기 R10R11에 공급됩니다. 트리밍 저항 R11의 엔진에서 이에 비례하는 전압이 저항 R2.1 및 R2.2의 PIC 회로를 통해 요소 DD12 및 DD13의 노드 입력에 공급되어 히스테리시스가 있는 스위칭 특성을 생성합니다. 전원을 켜면 정류기의 출력 전압이 증가합니다. 상위 스위칭 임계값(310V)에 도달하면 미세 회로 DD2.1 및 DD9의 핀 1에 연결된 요소 DD2의 출력이 낮은 레벨로 설정되어 다음과 같이 이미터 팔로워로 펄스가 전달되는 것을 방지합니다. 그 결과 모든 주요 트랜지스터가 닫힙니다. 이후 커패시터 C9 및 C10의 방전으로 인해 정류기의 출력 전압이 감소합니다. 더 낮은 스위칭 임계값(300V)으로 떨어지면 요소 DD2.1의 출력이 높은 레벨로 설정되어 다시 이미터 팔로워로 펄스가 전달될 수 있으며 그 결과 정류기의 출력 전압이 상한선까지 올라가게 됩니다. 트리밍 저항 R11의 슬라이더를 움직여 정류기의 출력 전압을 조정할 수 있으며, 저항 R13을 선택하면 스위칭 임계값의 차이를 조정할 수 있습니다. 저항 R13의 저항을 높이면 감소하고 감소하면 증가합니다. 저주파 발생기의 노드 (그림 3 참조)는 고주파 발생기의 해당 노드와 유사하지만 저주파 발생기의 타이밍 커패시터 용량이 더 크기 때문에 저항 R18 및 R19가 추가됩니다. 이는 커패시터 C14 및 C15의 방전 전류를 제한하여 DD3 마이크로 회로(핀 3 및 4)의 출력을 과부하로부터 보호합니다. 변환기 과부하 보호 장치는 트랜지스터 VT10, 요소 DD4.1, DD4.2 및 저항 R25, R26, R29에 조립됩니다. 변환기의 부하 전류가 허용 값을 초과하면 전류 센서 인 저항 R33의 전압이 0,7V로 증가합니다. 이 경우 트랜지스터 VT10이 열리고 요소 DD4.2의 출력이 낮은 레벨로 설정됩니다. 9개의 미세 회로 DD3 및 DD4의 핀에 공급되므로 결과적으로 트랜지스터 VT11-VT14의 이미 터 팔로워로 펄스가 전달되는 것이 금지됩니다. VT17-VT20 브리지의 모든 주요 트랜지스터가 닫힙니다. 브리지 저주파 인버터 스위치(그림 4)는 다음과 같이 작동합니다. 펄스 사이의 일시 중지 동안 위의 이미터 팔로워 출력의 전압은 16이므로 트랜지스터 VT21 및 VT15은 열려 있고 다른 모든 트랜지스터는 닫혀 있습니다. 펄스가 게이트 VT20 및 VT17에 도달하면 VT18뿐만 아니라 이러한 트랜지스터도 열립니다. 펄스가 게이트 VT22 및 VT19에 도착하면 VT620뿐만 아니라 이러한 트랜지스터도 열립니다. 결과적으로 브리지 출력에는 220V의 스윙과 XNUMXV의 유효 값을 갖는 직사각형 다극 전압 펄스가 형성되고 일시 정지로 분리되며 제어 펄스는 일시 정지로 분리되므로 통과의 모양이 나타납니다. 브리지의 직렬 연결된 트랜지스터를 통한 전류는 제외됩니다.
일부 소비자는 정현파 형태의 교류 공급 전압을 요구합니다. 이 경우 저주파 발생기 어셈블리 (그림 3 참조)는 다른 어셈블리로 교체되며 그 다이어그램은 그림 5에 나와 있습니다. 50. 이 블록은 DA4.1 연산 증폭기에서 4.2Hz 주파수의 정현파 전압 발생기, DA44 연산 증폭기의 위상 인버터, 25개의 적분 회로 R49C30 및 R23C24, 25개의 이미터 팔로워 VT26 VT50, VT52를 사용합니다. VT54 및 저항 R51R55R57 및 RXNUMXRXNUMXRXNUMX에 XNUMX개의 가산기.
OUDA4.1의 출력에서 다이오드 VD21을 통한 정현파 전압의 양의 반파가 가산기 R51R55R57에 공급됩니다. 위상 인버터 DA4.2 출력의 양의 반파는 VD20 다이오드를 통해 가산기 R50R52R54로 공급됩니다. 가산기의 출력에서 저항 R53 및 R56을 통한 전압은 펄스 셰이퍼 DD5.1, DD5.2, DD6.1, DD6.2의 입력에 공급됩니다. 직사각형 펄스는 적분 회로의 입력에 공급되고 톱니파 펄스는 커패시터 C25 및 C30에 형성되며 커패시터 C26 및 C31을 통해 두 펄스 셰이퍼의 입력에 공급됩니다. 그림의 스트레스 다이어그램. 그림 6은 셰이퍼 입력의 펄스가 50Hz의 한 주파수 기간에 걸쳐 어떻게 합산되는지 보여줍니다. 펄스의 모양을 명확하게 표시하기 위해 고주파수 채우기 기간(27kHz)이 확장됩니다. 그림에서. 6,a - DD8 칩의 핀 5의 전압; 그림에서. 6, b - DD8 칩의 핀 6. 결과적으로 50Hz의 정현파 PWM 주파수를 갖는 펄스 시퀀스가 셰이퍼의 출력에 형성됩니다. 6,c - 출력 DD5,2에서; 그림에서. 6,g - DD6.2의 출력에서. "~220V" 컨버터의 출력에서 620V 스윙의 바이폴라 PWM 신호가 생성되며 그 모양은 그림 6에 나와 있습니다. XNUMX, 디. 출력 전압에서 27kHz 주파수의 구성요소를 억제하려면 인덕터를 부하와 직렬로 켜고 커패시터를 부하와 병렬로 켜야 합니다. 이러한 요소는 각 하중에 대해 실험적으로 선택됩니다. 예를 들어, 100W 부하(저항은 484Ω)에는 인덕터가 0,13H이고 커패시터가 0,56μF인 필터가 필요합니다. 부하 저항이 다르면 인덕터의 인덕턴스는 정비례로 다시 계산되고 커패시터의 커패시턴스는 부하 저항에 반비례합니다. 변환기의 모든 부품은 알루미늄 시트 하우징에 들어 있습니다. 트랜지스터 VT6-VT9, VT17-VT20은 열전도 페이스트와 운모 개스킷을 사용하여 하우징에 고정됩니다. IRFIZ44N 트랜지스터(VT15 및 VT22)는 케이스가 완전히 절연되어 있으므로 개스킷 없이 설치됩니다. IRFZ44N으로 교체할 수 있지만 운모 스페이서를 통해 설치해야 합니다.
1W M3 전기 모터가 장착된 컴퓨터 전원 공급 장치 팬은 부품을 냉각시키기 위해 케이스를 통해 지속적으로 공기를 불어넣습니다. 저전력 부하 시 에너지 소비를 줄이기 위해 스위치 SA1을 사용하여 팬을 끌 수 있습니다. 변압기 T1은 그림 110에 표시된 것처럼 TVS-7 라인 변압기에서 함께 접힌 1개의 자기 코어에 감겨 있습니다. 2. 숫자는 다음을 나타냅니다. 3 - 권선; 5 - 자기 회로; 2 - 자기 회로를 조이는 클램프. 2,5차 권선(I 및 II)에는 단면적 2mm11(함께 접힌 1,5mm2 장착 와이어 XNUMX개)의 XNUMX회전 와이어 섹션 XNUMX개가 포함되어 있습니다. XNUMX차 권선(III)에는 단면적이 XNUMXmmXNUMX인 장착 와이어의 XNUMX회전 섹션 XNUMX개가 포함되어 있습니다. 권선의 회전은 자기 코어의 길이를 따라 고르게 분포되어야 하며 권선은 단일 레이어여야 합니다. 나머지 요소는 표면 실장을 통해 두 개의 별도 보드에 실장됩니다. 그림에 표시된 요소가 포함된 보드입니다. 1은 주요 트랜지스터에 매우 근접해 위치합니다(그림 2 참조). 그림에 표시된 요소가 포함된 보드입니다. 3, - 브리지 저주파 인버터 스위치의 트랜지스터 옆(그림 4 참조). 예를 들어 Jamicon WL 또는 이와 유사한 "낮은 ESR" 범주의 수입 산화물 커패시터 C6을 사용하는 것이 좋습니다. 그렇지 않으면 가열됩니다. 정류기 커패시터 C7-C10은 허용 무효 전력이 충분히 커야 합니다. 이 장치는 MBGCH 커패시터를 사용합니다. 용량이 3μF이고 정격 전압이 30V인 그룹 N0,022의 비유도 세라믹 커패시터 KM-250이 각각 병렬로 연결됩니다. 트리머 저항기는 SP3-1b 시리즈에 속합니다. 설치하기 전에 이동식 접점 시스템의 서비스 가능성을 확인해야 합니다. 릴레이 K1의 작동 전압은 10V 이하여야 합니다. 작성자는 RES59 릴레이(버전 HP4.500.020)를 사용했습니다. 설정할 때 배터리 대신 10.13V의 조정 가능한 출력 전압을 가진 실험실 전원을 사용하십시오. 변환기 입력에는 10,5V의 전압이 적용되고 저항 R3은 릴레이 K1을 끄는 데 사용됩니다. 그런 다음 입력 전압은 12V로 증가합니다. 저항 R1 및 R2 (그림 1 참조)를 선택하면 DD18,5 마이크로 회로의 핀 3과 4에 동일한 펄스 지속 시간 1μs가 설정됩니다. 저항 R4 및 R5를 선택하면 이러한 펄스 사이의 일시 정지 기간이 5μs로 설정됩니다. 트리밍 저항 R11의 드라이버는 VD305-VD60C6-C9 정류기의 출력에서 7W의 부하 전력으로 +10V의 전압입니다(그림 2 참조). 저항 R16 및 R17(그림 3)을 선택하면 DD10 마이크로 회로의 핀 3과 4에 3ms의 동일한 펄스 지속 시간이 설정됩니다. 저항 R20 및 R21을 선택하면 이러한 펄스 사이의 일시 중지 기간은 6ms입니다. 블록의 다이어그램은 그림 5에 나와 있습니다. 39, 이렇게 설정하세요. 연산 증폭기 DA4.1의 생성기가 작동을 중지하도록 회로에서 튜닝 저항 R25의 슬라이더를 아래쪽으로 이동합니다. 커패시터 C30 및 C4을 선택하면 이들 사이의 톱니파 전압 스윙이 52V로 설정됩니다. 영구 저항 R55 및 R15를 가변 저항으로 연결된 XNUMXkΩ 트리머로 임시 교체합니다. 첫째, 이미터 팔로어의 출력에 펄스가 나타날 때까지 저항이 최대에서 부드럽게 감소한 다음 사라질 때까지 증가합니다. 트리밍저항 도입부분의 저항을 디지털 저항계로 측정하여 동일한 저항의 상수로 대체합니다. 그런 다음 회로에서 트리밍 저항 R39의 슬라이더를 위로 이동하여 발전기 출력의 전압 진폭을 4V로 설정합니다. 이 경우 출력 전압은 약간 잘린 정현파 모양이어야 합니다. 필요한 경우 커패시터 C18 및 C22를 선택하여 생성 주파수를 50Hz로 설정해야 합니다. 그런 다음 저항 R50 및 R51을 선택하면 저항 R4 및 R54 전체에서 반파의 진폭은 57V입니다. DA4.1 연산 증폭기에서 생성기의 작동을 개선하려면 저항 R47의 오른쪽 단자와 공통 와이어 사이에 40pF 커패시터를 포함해야 할 수도 있습니다. 변환기의 전원은 자동차 시동 배터리, 자동차 온보드 네트워크, 전기 자동차용 견인 배터리, 태양 전지판, 풍력 또는 수력 발전기일 수 있습니다. 필요한 경우 공급 전압을 두 배로 늘릴 수 있습니다. 이를 위해 변압기 T1의 2,5차 권선(I 및 II)에는 단면적이 2mmXNUMX인 장착 와이어의 XNUMX회전으로 구성된 XNUMX개의 섹션이 포함되어야 합니다. 저자는 우랄 전기톱으로 만든 수제 가스 발생기와 T-12 트랙터의 출력 전압 1V, 전력 150kW의 발전기를 사용하며, 이 발전기는 V 벨트 드라이브로 서로 연결되어 있습니다. 중량 대비 출력 비율 측면에서 이 가스 발생기는 많은 산업 디자인을 능가합니다. 무게와 크기가 가벼워서 도로에서도 휴대할 수 있으며, 필요한 경우 현장에서 자동차 배터리를 충전할 수도 있습니다. 전압 변환기는 최대 1kW의 전력으로 모든 장비에 전력을 공급합니다. 문학
저자: A. 세르게예프
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